激光物理学复习提纲

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1、《激光物理学》复习提要1、激光的应用有哪些？举出实际例子，并说明运用了激光的那些特性？2、按工作物质来分，激光器的种类主要有哪些？激光器的基本结构由哪几部分组成？3、激光为什么具有很好的单色性、相干性、方向性和高亮度的特点?试分别阐述激光具有以上这些优越特性的缘故。为什么说普通光源是非相干光源？激光是相干光源？4、激光器激励能源（泵浦源）最常见的激励方式有哪些？氦氖激光器所采用的是那种激励方式？红宝石所采用的是那种激励方式？5、光学谐振腔对激光形成起到了什么作用？6、形成稳定输出激光的内在条件是什么（激活介质）？外在条件是什么（谐振腔、与激活介质和谐振腔相匹配的激励能源）？7、

2、原子所发射的每一条光谱线的频率（或波长）并不是单一的，实际的光谱线都具有一定的宽度，造成光谱线自然增宽的原因是什么？造成光谱线碰撞增宽原因是什么？造成光谱线多普勒增宽的原因是什么？某原子的某条光谱线的谱线宽度又称为荧光线宽，激光物理学中称为光谱线的增益宽度，比如:氖原子632.8nm谱线的增益宽度=1500MHz8、爱因斯坦辐射理论：光与物质相互作用三个基本过程？9、为什么把基模激光束称为高斯光束？试描述高斯光束的光束特性：（1）波阵面上（通常指光束横截面）的振幅（或光强）分布特点？（2）光束传播特点？（提示：从光束的发散情况说明，是平行、发散还是汇聚，光束传播的规律？）（3）

3、该光束波阵面的形状与分布情况？并且画出高斯光束横截面的光强按光斑半径的分布曲线（原点为圆形光斑的中心）。10、在实际应用激光时，需要了解激光器的模式状态。例如，在全息照相实验中所使用的激光器的模式状态必须是怎样的？（单纵模输出？基横模输出？）11、在激光模谱分析实验中，如果我们观察到激光的模式谱线不稳定，说明其输出谱线的频率不稳定，试说明造成这种现象的主要因素是什么？12、要获得单色性和相干性良好的激光，这就要求激光器必须是单纵模并且是稳定输出。要实现激光由多模振荡转变为单纵模振荡，由不稳定的输出成为稳定激光输出，就要运用激光的选模（选频）技术和稳频技术来实现.13、什么是“三

4、能级系统”（指介质中只有三个能级参与实现粒子数反转）、“四能级系统”（指介质中只有四个能级参与实现粒子数反转）？对各个能级的“平均能级寿命”的要求怎样（的大小或是基态?激发态?亚稳态?）?能级之间的跃迁情况(辐射跃迁？非辐射跃迁？)？简述“三能级系统”、“四能级系统”是如何形成“粒子数反转”的？14、光在谐振腔内往返传播中形成激光纵模（即基横模），它必须满足什么条件（即形成的主要原因）？形成高阶横模的主要原因是什么？15、爱因斯坦辐射理论指出光与物质相互作用时三个基本过程总是同时存在的。普通光源与激光只是在一定的条件下，是自发辐射为主的还是以受激辐射为主的光源。16、了解当光在

5、介质中传播（比如沿轴方向）的规律为，这就是光吸收的朗伯定律；当光在增益介质中传播（比如沿轴方向）的规律，在激光物理中推导得到光强沿轴传播的规律为，为增益介质的增益系数。其中光吸收系数和增益系数是与介质的能级结构有关的参量。综合当＜0时，为负值，总体表现为光的吸收；当＞0时，为正值，总体表现为光的放大；17、激光的工作物质必须具备合适的能级结构（又称为激活介质），理论和实验都表明，“三能级系统”（指物质有三个能级参与实现粒子数反转）和“四能级系统”才能够实现粒子数反转分布的介质（即能实现上能级粒子数密度＞下能级粒子数密度）。画出“三能级系统”能级间的辐射跃迁示意图，在图中标出，，

6、相应的平均能级寿命、、，并说明那个能级是亚稳态能级、哪个是基态，那个激发态能级的平均寿命较小（或较大）？图中符号“↓”或“↑”以及“戴箭头的虚线”的各能级间跃迁的含义（如抽运、无辐射跃迁、辐射跃迁）是什么?用符号、、标出与间的各能级辐射跃迁）；试简述“三能级系统”是如何实现粒子数反转分布的？（为便于说明，图中可标出各个能级，，以及相应的粒子数密度n1、n2、n3）。18、对已知腔长的基模激光器和已知输出谱线的增益宽度为，试求其相邻纵模频率间隔是多少？可能形成的纵模个数是多少？对于给定腔镜曲率半径的激光器，计算其相邻横模频率间隔是多少？19、在测量激光器的发散角时，实验中我们测得

7、某激光器的传播距离位置，并测定出光束在该位置的光斑半径为，试计算该激光器的远场发散角为多少弧度（rad）？20、全息照相和普通照相在实验过程中有相同之处，但理论上、实验和再现方法上都有着本质的区别。普通照相是建立是以为基础的理论，而全息照相是建立是以为基础的理论；普通照相拍摄时，只记录物光波的信息，而全息照相不仅记录了物光波的信息，而且还记录了物光波的信息，因此记录的是物光波的全部信息；无论物体是三维的还是平面的，普通照相的照片的像都是的，全息照相由于记录了物光波的全部信息，若物体是三维的，